Les différents interféromètres on Physicoq

Principe — Interféromètres à division du front d'onde

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

Deux ondes ne donnent des franges stables que si elles sont cohérentes. Deux sources lumineuses distinctes ne le sont pas, car leurs émissions sont indépendantes : on part donc d’une seule source primaire $𝑆$ et l’on en fabrique deux sources secondaires $𝑆_{1}$ et $𝑆_{2}$ . Dans les dispositifs à division du front d’onde, on prélève pour cela deux zones différentes du même front d’onde, par des fentes, des miroirs, des prismes ou des lentilles. On les oppose à la division d’amplitude, où l’on sépare en deux l’amplitude de chaque rayon, par une lame ou une séparatrice.

Fentes d’Young

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

1.2.1 Principe

Interférences par division du front d’onde : une source $𝑆$ (fente fine) éclaire un écran opaque percé de deux fentes fines parallèles $𝑆_{1}$ et $𝑆_{2}$ , distantes de $𝑎$ . Ces deux fentes se comportent comme des sources secondaires cohérentes, puisqu’elles prélèvent deux parties d’un même front d’onde. Leurs ondes se superposent sur un écran d’observation placé à la distance $𝐷$ de l’écran percé.

Miroirs de Fresnel

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

1.3.1 Principe

Interférences par division du front d’onde : la lumière d’une fente source $𝑆$ est séparée en deux faisceaux par deux miroirs plans d’arête commune $𝑂$ , dont les faces réfléchissantes forment un angle $𝜋 - 𝛼$ , avec $𝛼$ très petit. La fente $𝑆$ est située à la distance $𝑟$ de l’arête. Chaque miroir en donne une image virtuelle, $𝑆_{1}$ et $𝑆_{2}$ : toutes deux sont à la distance $𝑟$ de $𝑂$ et sont vues depuis $𝑂$ sous l’angle $2 𝛼$ , d’où leur distance $𝑎 = 2 𝛼 𝑟$ . Comme $𝑆_{1}$ et $𝑆_{2}$ proviennent de la même source, elles sont cohérentes ; les interférences s’observent là où les deux faisceaux se recouvrent, dans le champ d’interférences.

Biprisme de Fresnel

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

1.4.1 Principe

Interférences par division du front d’onde : le biprisme est formé de deux prismes identiques, accolés par leur base, d’angle au sommet $𝐴$ très petit (de l’ordre de 0,5°) et d’indice $𝑛$ . Une fente source $𝑆$ , parallèle à l’arête et située à la distance $𝑑$ du biprisme, est vue à travers chaque demi-prisme comme une source virtuelle : un prisme mince dévie les rayons d’un angle $(𝑛 - 1) 𝐴$ vers sa base, donc vers l’axe. Les deux sources virtuelles $𝑆_{1}$ et $𝑆_{2}$ sont cohérentes (même source primaire) et distantes de $𝑎 = 2 𝑑 (𝑛 - 1) 𝐴$ .

Miroir de Lloyd

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

1.5.1 Principe

Un miroir plan est éclairé en incidence rasante par une fente source $𝑆$ , située à la hauteur $ℎ$ au-dessus de son plan. La lumière réfléchie semble venir de l’image $𝑆^{'}$ de $𝑆$ dans le miroir : $𝑆$ et $𝑆^{'}$ jouent le rôle des deux sources, distantes de $𝑎 = 2 ℎ$ . Ici l’une des deux sources est la source primaire elle-même : le front d’onde est divisé en réfléchissant une partie de lui-même sur le miroir. L’écran est placé perpendiculairement au miroir, au voisinage de son extrémité, et l’on n’observe les franges qu’au-dessus du plan du miroir.

Bilentilles de Billet

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

1.6.1 Principe

Une lentille mince convergente, de focale $𝑓^{'}$ , est sciée en deux suivant un diamètre, et les deux demi-lentilles sont écartées de $𝑒$ perpendiculairement à l’axe optique. L’espace qui les sépare est rendu opaque, pour qu’aucune lumière directe ne passe. Une source ponctuelle $𝑆$ (fente fine) est placée sur l’axe, à la distance $𝑝 > 𝑓^{'}$ en avant des lentilles : chaque demi-lentille en donne une image réelle, $𝑆_{1}$ et $𝑆_{2}$ , qui sont deux sources secondaires cohérentes.

Interféromètre de Rayleigh

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

1.7.1 Principe

L’interféromètre de Rayleigh (ou réfractomètre interférentiel de Rayleigh) est un montage de fentes d’Young (division du front d’onde) dans lequel deux cuves de même longueur $ℓ$ sont placées devant les deux fentes. Une fente source, éclairée en lumière monochromatique, est placée au foyer d’un collimateur. La double fente découpe deux faisceaux parallèles, qui traversent chacun une cuve ; une lentille forme les franges d’Young dans son plan focal, observées à l’oculaire.

Coin d’air et anneaux de Newton

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

2.2.1 Principe

On éclaire en incidence quasi normale, avec une source monochromatique, une lame d’air d’épaisseur variable $𝑒$ , comprise entre deux surfaces de verre. Les deux ondes qui interfèrent sont réfléchies sur la face inférieure de la première surface (verre vers air, sans déphasage) et sur la seconde surface (air vers verre, avec un déphasage de $𝜋$ ). La différence de marche vaut donc

Bulle de savon

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2.3.1 Principe

Un film de savon, d’épaisseur $𝑒$ et d’indice $𝑛 ≃ 1,33$ , est entouré d’air. Éclairé en lumière blanche, il renvoie deux rayons : l’un réfléchi sur la face avant (air vers film, avec un déphasage de $𝜋$ ), l’autre réfléchi sur la face arrière (film vers air, sans déphasage). Ces deux ondes interfèrent : c’est une division d’amplitude à deux ondes, comme pour la lame d’air des anneaux de Newton, avec un film d’indice $𝑛$ . Chaque face ne réfléchit que $𝑅 = {((𝑛 - 1) / (𝑛 + 1))}^{2} ≃ 2 %$ : les réflexions multiples sont négligeables, ce qui distingue le film d’un Fabry-Pérot (finesse très faible).

Interféromètre de Fizeau

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

2.4.1 Principe

Interféromètre à division d’amplitude à deux ondes, utilisé pour contrôler des surfaces optiques. Un faisceau parallèle (laser élargi puis collimé) éclaire en incidence normale une lame d’air d’épaisseur $𝑒$ très faible, comprise entre un plan de référence partiellement réfléchissant et la surface à tester. Les deux ondes qui interfèrent sont la réflexion sur le plan de référence et celle sur la surface testée ; une séparatrice les envoie vers une caméra.

Interféromètre de Jamin

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

2.5.1 Principe

Interféromètre à division d’amplitude à deux ondes, formé de deux lames de verre identiques $𝑃_{1}$ et $𝑃_{2}$ , épaisses et à faces parallèles, dont la face arrière est argentée. Chaque lame sépare un faisceau en deux par la réflexion sur sa face avant et sur sa face arrière. Sur la première lame, le faisceau 1 se réfléchit sur la face avant et le faisceau 2 sur la face arrière : ils repartent parallèles, écartés d’une distance $𝑑$ . Sur la seconde lame, le faisceau 2 se réfléchit sur la face avant tandis que le faisceau 1 traverse la lame et se réfléchit sur la face arrière : ils sont de nouveau superposés.

Interféromètre de Michelson

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

2.6.1 Principe

Interférences par division d’amplitude : une séparatrice semi-réfléchissante divise le faisceau d’une source en deux, qui se réfléchissent sur deux miroirs perpendiculaires $𝑀_{1}$ et $𝑀_{2}$ puis se recombinent sur la séparatrice et sont observés sur un écran ou à la lunette. Une compensatrice, lame identique à la séparatrice, égalise les épaisseurs de verre traversées par les deux faisceaux : sans elle, la différence de marche dépendrait de la longueur d’onde (indice du verre), ce qui interdirait de travailler en lumière blanche.

Interféromètre de Mach-Zehnder

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

2.7.1 Principe

Interféromètre à division d’amplitude à deux ondes : une première séparatrice $𝑆_{1}$ divise le faisceau en deux bras, qui suivent des chemins distincts avant d’être recombinés par une seconde séparatrice $𝑆_{2}$ . Contrairement au Michelson, chaque faisceau traverse l’appareil une seule fois, sans retour sur lui-même, et la recombinaison donne deux sorties.

Interféromètre de Sagnac

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

2.8.1 Principe

Interféromètre à division d’amplitude à deux ondes et à chemin commun : la séparatrice divise le faisceau en deux ondes qui parcourent le même circuit fermé (ici trois miroirs) dans des sens opposés, puis se recombinent sur la séparatrice. Les deux ondes traversent les mêmes éléments aux mêmes endroits : tant que le dispositif est immobile, leur différence de marche est nulle pour toutes les longueurs d’onde, sans compensatrice, et les vibrations ou les dérives thermiques lentes agissent de la même façon sur les deux ondes. Seuls des effets non réciproques comme la rotation créent un déphasage.

Variante du Michelson : Twyman-Green

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

2.9.1 Principe

Le Twyman-Green est un Michelson éclairé par une onde plane : une source ponctuelle (usuellement laser) placée au foyer d’un collimateur remplace la source étendue. Chaque bras renvoie un front d’onde plan, et une lentille de projection forme sur la caméra l’image de la surface à tester. On ne cherche plus la différence de marche en fonction de l’inclinaison des rayons, comme dans le Michelson réglé en lame d’air, mais en fonction du point $(𝑥, 𝑦)$ de la surface : l’interférogramme est une carte de l’écart entre les deux fronts d’onde.

Réseau de diffraction (division du front d’onde)

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

3.2.1 Principe

Un réseau est formé de $𝑁$ fentes (ou traits) identiques, équidistantes du pas $𝑎$ , éclairées par une onde plane. Chaque fente diffracte la lumière et joue le rôle d’une source secondaire : c’est une division du front d’onde en $𝑁$ ondes. À l’infini, dans la direction $𝜃$ pour une incidence $𝜃_{𝑖}$ , deux fentes voisines diffèrent en marche de $𝛿 = 𝑎 (sin)$ , soit en phase de $𝜑 = 2 𝜋 𝛿 / 𝜆$ . Les $𝑁$ ondes sont en phase quand $𝛿 = 𝑝 𝜆$ , avec $𝑝$ entier.

Interféromètre de Fabry-Pérot

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

3.3.1 Principe

Interféromètre à division d’amplitude à ondes multiples : deux lames à faces parallèles, partiellement réfléchissantes (coefficient de réflexion en intensité $𝑅$ , de transmission $𝑇 = 1 - 𝑅$ , absorption négligeable), séparées par une lame d’air d’épaisseur $𝑒$ et d’indice $𝑛$ . Un rayon incident donne une infinité de rayons transmis parallèles, d’amplitudes en progression géométrique décroissante, qui interfèrent à l’infini ou dans le plan focal d’une lentille. Le Michelson superpose deux ondes, le Fabry-Pérot en superpose un grand nombre : les franges sont beaucoup plus fines.

Filtre interférométrique

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

3.4.1 Principe

Un filtre interférométrique est un Fabry-Pérot à couches minces : les deux « lames » sont des miroirs de Bragg, empilements de couches diélectriques d’indices alternés et séparées par une couche d’épaisseur $𝑒$ , l’espaceur. Il ne transmet qu’une bande étroite autour de $𝜆_{0}$ , avec $2 𝑛 𝑒 = 𝑝 𝜆_{0}$ et un ordre $𝑝$ petit (1 ou 2).

Échelon de Michelson

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

3.7.1 Principe

L’échelon de Michelson est un réseau par transmission dont les « traits » sont des marches de verre. On empile $𝑁$ lames de verre identiques d’épaisseur $𝑡$ (de l’ordre du centimètre), chacune décalée de $𝑠$ (de l’ordre du millimètre) par rapport à la précédente. Une onde plane qui traverse l’ensemble est divisée en $𝑁$ ondes par les marches, comme pour un réseau, mais deux marches voisines diffèrent du chemin $(𝑛 - 1) 𝑡$ dans le verre.

Fentes d’Young pour les particules

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

Chaque particule arrive en un point de l’écran, mais l’histogramme des impacts reproduit les franges d’Young, d’interfrange $𝑖 = 𝜆 𝐷 / 𝑎$ avec $𝜆 = ℎ / 𝑝$ . Les franges subsistent quand les particules sont envoyées une par une : chaque particule interfère avec elle-même. Si l’on détecte par quelle fente elle est passée, les franges disparaissent.

Interféromètre de Ramsey

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

Un atome à deux niveaux reçoit deux impulsions $𝜋 / 2$ de fréquence $𝜔$ séparées par un temps d’évolution libre $𝑇$ . Les impulsions jouent le rôle de séparatrices et l’évolution libre celui des bras : la population du niveau excité oscille avec le désaccord $𝛿 = 𝜔 - 𝜔_{0}$ .

Biprisme à électrons de Möllenstedt

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

Un filament conducteur de diamètre inférieur au micromètre, porté à un potentiel de quelques volts et placé entre deux plaques à la masse, dévie les électrons de part et d’autre. Les deux faisceaux semblent issus de deux sources virtuelles séparées de $𝑎$ et donnent des franges d’interfrange $𝑖 = 𝜆 𝐷 / 𝑎$ , comme pour le biprisme de Fresnel ; la tension du filament règle $𝑎$ et donc l’interfrange. Le dispositif sert à mesurer la phase des électrons qui traversent un échantillon, donc les champs électrique et magnétique qu’il contient.

Effet Aharonov-Bohm

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

Des électrons contournent un solénoïde de flux $Φ$ dans lequel le champ magnétique est confiné : ils ne traversent jamais de zone où $𝑩 \neq 0$ . Leur fonction d’onde acquiert pourtant sur chaque chemin la phase $(𝑞 / ℏ) \int 𝑨 \cdot 𝑑 𝒍$ , d’où un déphasage entre les deux bras.

Interférences de Josephson : le SQUID

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

Un anneau supraconducteur interrompu par deux jonctions de Josephson est un interféromètre de Mach-Zehnder pour les paires de Cooper : les deux jonctions sont les deux bras. Pour un SQUID symétrique d’inductance négligeable, le courant critique dépend du flux $Φ$ dans l’anneau :

Interféromètre de Bonse-Hart (rayons X)

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

Fig. 39. – Interféromètre à cristal parfait (Bonse-Hart pour les rayons X, même principe pour les neutrons) : trois lames taillées dans un même monocristal séparent, redirigent puis recombinent le faisceau ; un échantillon placé sur un bras fait varier l’intensité des deux sorties O et H.

Pour aller plus loin. U. Bonse et M. Hart, Applied Physics Letters 6, 155 (1965).

Interféromètre à neutrons

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

Le montage est celui de Bonse-Hart : trois lames parallèles taillées dans un même cristal parfait diffractent les neutrons thermiques (longueur d’onde de l’ordre de 0,2 nm), et jouent le rôle de séparatrice, de miroir et de recombineur. Un échantillon d’épaisseur $𝐷$ , de densité de noyaux $𝑁$ et de longueur de diffusion cohérente $𝑏_{𝑐}$ introduit le déphasage $| Δ 𝜑 | = 𝑁 𝑏_{𝑐} 𝜆 𝐷$ . Le neutron est sensible aux quatre interactions, d’où des tests de la gravité, de la rotation (Sagnac pour la matière) et des spineurs.

Interférence à deux photons : Hong-Ou-Mandel

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

Sur une séparatrice 50/50, deux photons indiscernables arrivant chacun sur une entrée sortent toujours ensemble par la même sortie : l’amplitude où les deux photons sont transmis interfère destructivement avec celle où les deux sont réfléchis. Si l’on retarde l’un des photons de $𝜏$ , la probabilité de coïncidence est

Interférométrie atomique

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

Des atomes froids en chute libre reçoivent trois impulsions laser $𝜋 / 2 - 𝜋 - 𝜋 / 2$ séparées de $𝑇$ : elles jouent le rôle de séparatrice, de miroir et de recombineur d’un Mach-Zehnder atomique. Le déphasage dû à la pesanteur est

Interférences de condensats de Bose-Einstein

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

Deux condensats initialement séparés de $𝑑$ sont relâchés et se recouvrent en expansion : ils interfèrent avec l’interfrange $𝑖 = ℎ 𝑡 / (𝑚 𝑑)$ après un temps de vol $𝑡$ . Pour le sodium ( $𝑚 = 3,8 \cdot 10^{- 26}$ kg), $𝑑 = 40$ µm et $𝑡 = 40$ ms, on trouve $𝑖 ≃ 17$ µm, visible directement par imagerie d’absorption. La position des franges varie d’une réalisation à l’autre : la phase relative n’est pas fixée au départ et n’apparaît qu’à la mesure.

Interférométrie de molécules (Talbot-Lau)

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

Un réseau de pas $𝑑$ éclairé par une onde de longueur d’onde $𝜆$ reforme son image à la distance de Talbot $𝐿_{𝑇} = 2 𝑑^{2} / 𝜆$ . Trois réseaux séparés de $𝐿_{𝑇}$ forment un interféromètre qui ne demande pas de source spatialement cohérente (effet Lau), ce qui convient aux jets de molécules, peu cohérents. Pour une molécule de 1000 u à 100 m/s, $𝜆 ≃ 4$ pm ; avec des réseaux de pas $𝑑 = 266$ nm, $𝐿_{𝑇} ≃ 3,5$ cm.

Interféromètres électroniques en matière condensée

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

À très basse température (quelques dizaines de millikelvin), la longueur de cohérence de phase des électrons dépasse le micromètre : on peut faire interférer deux chemins d’un anneau, et la conductance oscille avec la période $Φ_{0} = ℎ / 𝑒$ du flux. Dans le Mach-Zehnder électronique, les canaux de bord de l’effet Hall quantique, qui circulent dans un seul sens, sont les bras de l’interféromètre, et des contacts ponctuels quantiques jouent le rôle de séparatrices.

Photon unique : choix retardé et mesure sans interaction

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

Choix retardé. Dans un Mach-Zehnder à photon unique, la seconde séparatrice est soit présente (on observe des franges), soit absente (on sait par quel bras le photon est passé). Quand le choix est fait après la première séparatrice, le résultat ne dépend que de ce choix final : le photon ne peut pas avoir « décidé » à l’avance s’il se comporte en onde ou en particule.

Interféromètre stellaire de Michelson

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

5.1.1 Principe

Interférences par division du front d’onde, comme les fentes d’Young : l’étoile, à l’infini, envoie un front d’onde quasi plan. Les miroirs extérieurs $𝑀_{1}$ et $𝑀_{2}$ , écartés de $𝐷$ , en prélèvent deux portions et, via $𝑀_{3}$ et $𝑀_{4}$ , envoient les deux faisceaux dans l’objectif d’un télescope, où ils interfèrent. Les trajets $𝑀_{1} 𝑀_{3}$ et $𝑀_{2} 𝑀_{4}$ ont la même longueur : pour une étoile dans l’axe, la différence de marche est nulle.

LIGO

Sun, 18 Oct 2026 14:47:27 +0000

5.4.1 Principe

LIGO est un interféromètre de Michelson dont les deux bras, perpendiculaires, mesurent environ 4 km. Une onde gravitationnelle de passage déforme l’espace transversalement à sa direction de propagation : elle allonge un bras et raccourcit l’autre. Si $ℎ$ est la déformation relative (sans dimension), les deux bras varient de $\pm ℎ 𝐿 / 2$ et la différence de longueur vaut $Δ 𝐿 = ℎ 𝐿$ . On règle le Michelson sur la frange sombre : le signal est lu sur le port de sortie, sombre au repos, où l’éclairement varie comme ${sin}^{2} (Δ 𝜑 / 2)$ avec